直流电机PWM波调速的设计与制作实验报告.docx
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直流电机PWM波调速的设计与制作实验报告
《单片机原理与应用》课程设计报告
直流电机PWM波调速的设计与制作
要求：
一、功能要求
1、实现利用PWM波控制直流电机的转速；
2、用数码管显示PWM波的输出占空比；
3、用数码管显示直流电机的转速标志；
4、实现对直流电机的速度调制；
二、设计过程要求
1、查阅资料确定设计方案；
2、对设计方案进行仿真验证；
3、选择合适的元器件，搭建电路实验验证效果；
4、画出PCB图；
5、书写设计报告；
6、答辩。
三、设计报告要求
设计报告主要包括：
题目、内容和要求、总体方案和设计思路、仿真电路图、软件设计、仿真调试效果、实验测试效果图、PCB图、心得体会。
姓名：
谭德兵
学号：
1886100112
专业：
电子科学与技术
班级：
10级 01 班
成绩：
评阅人：
安徽科技学院理学院物电系
一、实验设计目的
1、掌握脉宽调制的方法；
2、用程序实现脉宽调制，并对直流电机进行调速控制；
3、学习用LM339内部四个电压比较器产生锯齿波、直流电压、PWM脉宽；
4、掌握脉宽调制PWM控制模式；
5、掌握电子系统的一般设计方法；
6、培养综合应用所学知识来指导实践的能力；
7、掌握常用元器件的识别和测试，熟悉常用仪表，了解电路调试的基本方法进一步掌握制版、电路调试等技能。
二、实验设计设备
单片机开发板，单片机最小系统，驱动器，直流电机，连接导线等
三、实验设计原理
1）设计总体方案
总体设计模块
1、STC89C52
本设计运用单片机芯片STC89C52，通过控制单片机输出引脚P1.7输出的高低电平的延时时间长短来达到控制电机的目的,运用单片机定时器/计数器1对光电编码盘产生的冲进行计数，将所得到的数值送到P0口显示。
8051单片机引脚描述
·电源引脚Vcc和Vss:
Vcc：
电源端，接＋5V，Vss：
接地端。
·时钟电路引脚XTAL1和XTAL2：
·XTAL1：
接外部晶振和微调电容的一端，在片内它是振荡器倒相放大器的输入，若使用外部TTL时钟时，该引脚必须接地。
·XTAL2：
接外部晶振和微调电容的另一端，在片内它是振荡器倒相放大器的输出，若使
用外部TTL时钟时，该引脚为外部时钟的输入端。
·地址锁存允许ALE：
系统扩展时，ALE用于控制地址锁存器锁存P0口输出的低8位地址，从而实现数据与低位地址的复用。
·外部程序存储器读选通信号PSEN：
PSEN是外部程序存储器的读选通信号，低电平有效。
·程序存储器地址允许输入端EA/VPP：
当EA为高电平时，CPU执行片内程序存储器指令，但当
·PC中的值超过0FFFH时，将自动转向执行片外程序存储器指令。
当EA为低电平时，CPU只执行片外程序存储器指令。
·复位信号RST：
该信号高电平有效，在输入端保持两个机器周期的高电平后，就可以完成复位操作。
·输入/输出端口引脚P0，P1，P2和P3：
~P0口（P0.0～P0.7）：
该端口为漏极开路的8位准双向口，它为外部低8位地址线和8位数据线复用端口，驱动能力为8个LSTTL负载。
~P1口（P1.0～P1.7）：
它是一个内部带上拉电阻的8位准双向I/O口，P1口的驱动能力为4个LSTTL负载。
~P2口（P2.0～P2.7）：
它为一个内部带上拉电阻的8位准双向I/O口，P2口的驱动能力也为4个LSTTL负载。
在访问外部程序存储器时，作为高8位地址线。
~P3口（P3.0～P3.7）：
为内部带上拉电阻的8位准双向
~I/O口，P3口除了作为一般的I/O口使用之外，每个引脚都具有第二功能。
2、驱动电路
（1）、本实验用的是达林顿反相驱动器ULN2803;
ULN2803:
达林顿反相驱动器。
（元件图）
ULN2803:
达林顿反相驱动器
八路NPN达林顿连接晶体管阵系列特别适用于低辑电平数字电路（诸如TTL,CMOS或PMOS/NMOS）和较高的电流/电压要求之间的接口，广泛应用于计算机，工业用和消费类产品中的灯、继电器、打印锤或其它类似负载中。
所有器件具有集电极开路输出和续流箱位二极管，用于抑制跃变。
ULN2803的设计与标准TTL系列兼容，而ULN2804最适于6至15伏高电平CMOS或PMOS。
主要特点：
达林顿管驱动器
包含8个NPN达林顿管
高耐压，大电流
器件编号:
ULN2803
封装类型:
AP=DIP18,AFW=SOL18
无铅/RoHS认证
输出击穿电压:
50（V）
输出电流:
500（mA）
输入电阻:
2.7k（Ω）
推荐输入电压:
5（V）
温度范围:
-40℃～+85℃
包装规格:
AFW:
Tape&Reel|
不要超过每个驱动器的电流的限制[1]
3锁存器连接及数码管显示电路
（1）、74HC573锁存器
本实验利用此锁存器控制数码管的位选和段选；
74HC573:
八进制3态非反转透明锁存器
OE￣
1
20
VCC
1D—
2
19
—1Q
2D—
3
18
—2Q
3D—
4
17
—3Q
4D—
5
16
—4Q
5D—
6
15
—5Q
6D—
7
14
—6Q
7D—
8
13
—7Q
8D—
9
12
—8Q
GND
10
11
LE
1脚三态允许控制端低电平有效
1D~8D为数据输入端
1Q~8Q为数据输出端
LE为锁存控制端
74HC573
74HC573引脚图
特性：
高性能硅门CMOS器件
· SL74HC573跟LS/AL573的管脚一样。
器件的输入是和标准CMOS输出兼容的；加上拉电阻，他们能和LS/ALSTTL输出兼容。
·当锁存使能端LE为高时，这些器件的锁存对于数据是透明
的（也就是说输出同步）。
当锁存使能变低时，符合建立时间和保持时间的数据会被锁存。
·×\u36755X出能直接接到CMOS，NMOS和TTL接口上
×\u25805X作电压范围：
2.0V~6.0V;;×\u20302X输入电流：
1.0uA
×CMOS器件的高噪声抵抗特性
（2）、数码管显示
本实验用的是7SEG-MPX6-CC型号数码管；
数码管的第一位显示的是电机转速标识，第二、三位显示的是PWM波的占空比；
4.按键电路
加速按键、减速按键分别接单片机的P3.6和P3.7口以达到控制电机转速的目的；
两按键接到单片机上都是低电平有效；
2）实验设计思路
（1）PWM波
PWM（PulseWidthModulation）简称脉宽调制。
即通过改变输出脉冲的占空比，实现对直流电机进行调速控制。
PWM一种按规律改变的脉冲序列的脉冲宽度，调节输出量和波形的一种调制方式，常用的是矩形波PWM信号，在控制时需要调节PWM波的占空比。
占空比是指高电平（VH）持续时间在一个周期内的百分比。
控制电机转速时，占空比越大，速度越快,占空比达到100%，速度最快。
通过控制单片机上输出不同占空比的PWM波信号来控制直流电机的转速。
实验线路图：
3）实验元器件
AT89C52、74HC573锁存器、ULN2803达林顿反相驱动器、直流电机、电阻、电源（VCC）、数码管（7SEG-MPX6-CC）
四、实验设计程序
（一）、程序流程图
（二）、程序源代码（C语言）
#include
#defineucharunsignedchar
sbitdula=P2^6;//数码管显示段选i/0口定义
sbitwela=P2^7;//数码管显示位选I/O口定义
sbitdianji=P1^7;//控制电机I/O口定义
sbitjia_key=P3^6;//加速键
sbitjian_key=P3^7;//减速键
ucharnum=0,show_num=1,gao_num=1,di_num=3;
ucharcodetable[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f};//数码管显示数据表
voiddelay（uchari）//延时程序
{
ucharj,k;
for（j=i;j>0;j--）
for（k=500;k>0;k--）;
}
voiddisplay（）//数码管显示函数
{
dula=0;
P0=table[show_num];
dula=1;
dula=0;
P0=0xfe;
wela=1;
wela=0;
delay（5）;
P0=table[gao_num];
dula=1;
dula=0;
P0=0xfd;
wela=0;
wela=1;
delay（5）;
P0=table[di_num];
dula=1;
dula=0;
P0=0xfb;
wela=0;
wela=1;
delay（5）;
P0=table[0];
dula=1;
dula=0;
P0=0x3f;
wela=0;
wela=1;
delay（5）;
}
voidkey（）//按键检测处理函数
{
if（jia_key==0）
{
delay（5）;//消抖
if（jia_key==0）
{
num++;//加速键按下速度标志加1
if（num==4）
num=3;//已经达到最大3，则保持
while（jia_key==0）;//等待按键松开
}
}
if（jian_key==0）
{
delay（5）;
if（jian_key==0）
{
if（num!
=0）//减速键按下，速度标志减1
num--;
else
num=0;//已经达到最小0，则保持
while（jian_key==0）;}
}
}
voiddispose（）//根据速度标志进行数据处理
{
switch（num）
{
case0:
show_num=1;//数码管第一位显示数据
gao_num=1;//PWM信号中高电平持续时间标志1
di_num=3;//PWM信号中低电平持续时间标志3，此时速度最慢
break;
case1:
show_num=2;
gao_num=2;
di_num=2;
break;
case2:
show_num=3;
gao_num=3;
di_num=1;
break;
case3:
show_num=4;
gao_num=4;
di_num=0;//此时速度最快
break;}
}
voidqudong（）//控制电机程序
{
uchari;
if（di_num!
=0）
{
for（i=0;i{
dianji=0;//实现PWM信号低电平输出
display（）;//利用显示函数其延时作用，也不影响数码管
}
}
for（i=0;i{
dianji=1;//实现PWM高电平输出
display（）;
}
}
voidmain（）
{
while
（1）
{
dianji=0;
key（）;
dispose（）;
qudong（）;
}
}
五、实验操作
（1）、利用实验时提供的单片机应用系统及直流电机驱动电路板，编制控制程序实现直流电机PWM调速控制。
（2）、连接实验电路，观察PWM调控速度控制，实现加速、减速调速控制。
实验硬件连接图（ISIS7Professional）
在单片机上验证的实物连接图
实验PCB图
六、实验设计心得体会
通过一学期的单片实验，学到了很多有用的东西。
特别是单片机综合实验，让我对单片机和c语言程序设计都有了新的理解。
首先，对MCS-52单片机的工作原理和具体的功能实现有了一个更高的认识。
对于硬件电路，以前只是大概了解，实验后，对单片机的各个端口，寄存器都有了一个比较系统的认识。
其次，学会了C语言的程序编写。
再次，单片机的功能很强大，所能实现的功能并不仅限于这些实验。
单片机还能实现更多更实用的功能，应该学会触类旁通，举一反三，在实验的基础上创新，开发自己的创造力。
最后，学习单片机实验不仅是学会其电路的工作原理和程序编写，更要学会一种学习的方法。
对待以后的课程，要有一种细心的态度，就如单片机实验，既要了解硬件电路，知道每一个元件的工作原理和作用，还要知道程序的流程和基本思路，使所掌握的知识系统化、体系化。
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